Цифровые мультиметры пользуются большим спросом среди радиолюбителей и профессионалов благодаря своей многофункциональности. Обычно для их питания используется батарея типа «Крона» на 9 вольт, которая имеет заметный саморазряд, небольшую ёмкость и более высокую стоимость по сравнению с другими источниками питания.
Предлагаемое устройство, питающее цифровой мультиметр от одного элемента АА напряжением 1,5 вольта, позволяет избежать указанных недостатков и упрощает эксплуатацию прибора.
В сети представлено множество схем для преобразования напряжения с 1,5 до 9 вольт, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Данное устройство основано на схеме А. Чаплыгина из журнала «Радио» (ноябрь 2001, стр. 42).
Особенность этой версии преобразователя заключается в размещении элемента питания и преобразователя напряжения в крышке футляра мультиметра. В отличие от создания компактного блока питания, заменяющего батарею «Крона», здесь используется другой подход. Это позволяет легко заменить элемент АА без разборки прибора, а также отключить преобразователь (разъём Джек 3,5), автоматически включив резервную батарею «Крона» в отдельном отсеке. Кроме того, при реализации данной схемы нет необходимости в миниатюризации устройства. Быстрее и проще намотать трансформатор на более крупное кольцо, что обеспечивает лучший теплоотвод и упрощает монтаж на плате. Такое расположение компонентов в крышке футляра не влияет на работу с мультиметром.
Этот преобразователь может быть установлен в любой подходящий корпус и использован в различных устройствах, требующих питания от девятивольтовой батареи «Крона». Среди таких устройств — мультиметры, часы, электронные весы, игрушки и медицинские приборы.
Схема генератора преобразователя напряжения
Предлагается повышающий инвертор постоянного напряжения, имеющий хорошие выходные данные с минимумом входящих элементов.
Схема представлена на рисунке.
Генератор импульсов, выполненный на транзисторах VT1 и VT2, является двухтактным. Ток положительной обратной связи проходит через вторичные обмотки трансформатора Т1 и нагрузку, подключенную между источником питания +9 В и общим проводом. Благодаря пропорциональному токовому управлению транзисторами, значительно снижаются потери на их переключение, что позволяет повысить КПД преобразователя до 80-85%.
Вместо традиционного выпрямителя высокочастотного напряжения в данной схеме используются база-эмиттерные переходы транзисторов генератора. Величина тока базы становится пропорциональной току в нагрузке, что обеспечивает высокую экономичность устройства.
Еще одной особенностью схемы является самопроизвольное прекращение генерации колебаний при отсутствии нагрузки. Это позволяет автоматически управлять питанием: в отсутствие нагрузки ток от батареи практически не потребляется, и преобразователь включается только тогда, когда от него требуется запитать нагрузку, а затем выключается при отключении нагрузки.
Однако, учитывая, что большинство современных мультиметров оснащены функцией автоматического отключения питания, для предотвращения необходимости доработки схемы мультиметра рекомендуется установить выключатель питания преобразователя.
Изготовление трансформатора преобразователя напряжения
Основой генератора импульсов является трансформатор Т1.
Магнитопроводом трансформатора Т1 служит кольцо К20х6х4 или К10х6х4,5 из феррита 2000НМ. Можно взять кольцо из старой материнской платы.
Порядок намотки трансформатора.
1. Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.
- Чтобы предотвратить повреждение изоляционной прокладки и собственной изоляции провода, рекомендуется обработать острые края ферритового кольца мелкозернистой наждачной бумагой или надфилем.
- Для защиты провода от повреждений необходимо обмотать кольцевой сердечник изоляционной прокладкой. В качестве изоляционного материала можно использовать лакоткань, изоленту, трансформаторную бумагу, кальку, лавсановую или фторопластовую ленту.
2. Для трансформатора с коэффициентом трансформации 1/7 первичная обмотка состоит из двух пар витков по 4 витка каждая, а вторичная обмотка — из двух пар витков по 28 витков каждая. Для обмотки используется изолированный провод ПЭВ-0,25.
Процесс намотки каждой пары обмоток осуществляется одновременно с использованием двух проводов. Для этого провод нужной длины складывается пополам, и сложенным проводом плотно наматывается необходимое количество витков на кольцо.
Чтобы предотвратить повреждение изоляции провода в процессе эксплуатации, рекомендуется использовать провод МГТФ или аналогичный изолированный провод с диаметром 0,2-0,35 мм. Это увеличит размеры трансформатора, добавит второй слой обмотки, но обеспечит стабильную работу преобразователя напряжения.
Сначала наматываются вторичные обмотки III и IV (по 28 витков каждая) для цепей баз транзисторов (см. схему преобразователя).
Затем, на свободном месте кольца, также в два провода, наматываются первичные обмотки I и II (по 4 витка каждая) для цепей коллекторов транзисторов.
После разрезания петли начала обмотки у каждой из них будет по 4 провода — по два с каждой стороны. Берем провод конца одной половины обмотки (I) и провод начала второй половины обмотки (II) и соединяем их. Аналогично поступаем со второй обмоткой (III и IV). В результате должно получиться следующее: красный вывод — середина нижней обмотки (+), черный вывод — середина верхней обмотки (общий провод).
- При намотке обмотки трансформатора важно правильно закрепить витки. Для этого можно использовать клей «БФ» или «88», а также цветную изоленту, чтобы отметить начало и конец каждой обмотки. Это упростит последующую сборку трансформатора.
При намотке катушек необходимо соблюдать единое направление обмотки и обязательно фиксировать её начало и конец. На схеме начало каждой обмотки обозначено точкой у вывода. Если не соблюдать фазировку обмоток, генератор не запустится, так как нарушатся условия, необходимые для его работы. В качестве альтернативы можно использовать два разноцветных провода от сетевого кабеля.
Сборка преобразователя напряжения
Для преобразователей небольшой мощности, таких как наш, можно использовать транзисторы А562, КТ208, КТ209, КТ501, МП20 и МП21. Возможно, потребуется изменить количество витков вторичной обмотки трансформатора из-за различий в падении напряжения на p-n переходах разных типов транзисторов.
При выборе транзисторов важно учитывать допустимые значения тока базы. Ток базы не должен быть меньше тока нагрузки. Также необходимо, чтобы максимально допустимое напряжение между базой и эмиттером превышало выходное напряжение преобразователя.
Чтобы снизить уровень помех и стабилизировать выходное напряжение, преобразователь оснащён узлом из двух электролитических конденсаторов для сглаживания пульсаций и интегрального стабилизатора 7809 с напряжением стабилизации 9 вольт.
Преобразователь собирается по схеме, а все компоненты монтируются на текстолитовой плате, вырезанной из универсальной монтажной платы, доступной в радиотоварах. Монтаж осуществляется методом навесного соединения. Размеры платы подбираются в зависимости от габаритов выбранных транзисторов, трансформатора и места установки устройства. Вход, выход и общая шина преобразователя соединяются гибким многожильным кабелем. Выходные провода, обеспечивающие напряжение +9 В, заканчиваются разъемом Джек 3,5 для подключения мультиметра. Входные провода подключены к батарее 1,5 В, установленной в кассете..
Элемент питания АА (1,5в) установлен в двухместную кассету от переносного приемника.
Одно место занято батареей, другое место служит для установки выключателя питания и закрепления всей кассеты, через переходную текстолитовую планку, в футляре мультиметра.
Настройка преобразователя.
Проверяем корректность сборки преобразователя, подключаем аккумулятор и используем прибор для измерения выходного напряжения (+9 В). Если генерация не происходит и напряжение на выходе отсутствует, убедитесь в правильности подключения всех катушек. На схеме преобразователя точками обозначено начало каждой обмотки. Попробуйте поменять местами концы одной из обмоток (входной или выходной).
Преобразователь может функционировать при снижении входного напряжения до 0,8–1,0 В и генерировать 9 В от одного гальванического элемента с напряжением 1,5 В.
Доработка мультиметра
Чтобы подсоединить преобразователь к мультиметру, нужно найти свободное пространство внутри прибора и установить в него гнездо для штекера Джек 3,5 или аналогичного разъема. В моем мультиметре M890D такое место нашлось в левом углу, рядом с отсеком для батареи «Крона».
В качестве корпуса для мультиметра используется коробка от электробритвы.